JP5180796B2 - Magnetron sputtering apparatus and magnetron sputtering method - Google Patents
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Description
本発明は、マグネトロンスパッタ装置及びマグネトロンスパッタ方法に関する。 The present invention relates to a magnetron sputtering apparatus and a magnetron sputtering method.
スパッタ成膜における成膜レートの改善を図るものとしてマグネトロンスパッタ技術が広く利用されている。そのマグネトロンスパッタにおいて、例えば特許文献1には、マグネットプレートの中心を通る法線を軸にして、マグネットプレートと、遮蔽板を含むスパッタリングトラップとをターゲットに対して相対的に回転させながらスパッタリングを行うことが開示されている。
特許文献1におけるスパッタリングトラップは、マグネットに対応した寸法の開口が設けられた遮蔽板を含んでおり、その開口は常にマグネットに対応した位置にある。そして、広角側に進行する反跳イオンや電子などの荷電粒子は遮蔽板によって遮られ、基板へ入射することはないとの開示があり、この特許文献1における遮蔽板の役割は、基板に到達させたくない粒子を遮ることにとどまり、基板上における成膜される部分の膜厚分布を遮蔽板によって積極的にコントロールするものではない。 The sputtering trap in Patent Document 1 includes a shielding plate provided with an opening having a size corresponding to a magnet, and the opening is always at a position corresponding to the magnet. And there is a disclosure that charged particles such as recoil ions and electrons traveling to the wide-angle side are blocked by the shielding plate and do not enter the substrate. The role of the shielding plate in Patent Document 1 reaches the substrate. It does not merely block the particles that are not desired to be shielded, and does not actively control the film thickness distribution of the portion to be deposited on the substrate by the shielding plate.
本発明は上述の問題に鑑みてなされ、遮蔽体を利用して容易に膜厚分布の制御が可能なマグネトロンスパッタ装置及びマグネトロンスパッタ方法を提供する。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and provides a magnetron sputtering apparatus and a magnetron sputtering method capable of easily controlling the film thickness distribution using a shield.
本発明の一態様によれば、基板を保持可能な基板保持部と、前記基板保持部に対向して設けられる板状のターゲットの被スパッタ面の反対面に対向しつつ回転可能に設けられ、その回転中心に対して偏心した位置に中心を有する電子の周回軌道を前記被スパッタ面の近傍に生じさせるマグネットと、前記ターゲットと前記基板との間に設けられ、前記基板側から前記ターゲットを見た平面視で前記電子の周回軌道の一部を遮蔽しつつ前記電子の周回軌道との相対位置は変えずに、前記マグネットと同期して回転する遮蔽体と、を備えたことを特徴とするマグネトロンスパッタ装置が提供される。
また、本発明の他の一態様によれば、基板を保持可能な基板保持部と、前記基板保持部に対向して設けられる筒状のターゲットの中心軸のまわりに回転可能に前記ターゲットの内周側に設けられ、前記ターゲットの外周面の近傍に電子の周回軌道を生じさせるマグネットと、前記ターゲットと前記基板との間に設けられ、前記基板側から前記ターゲットの外周面を見た側面視で前記電子の周回軌道の一部を遮蔽しつつ前記電子の周回との相対位置は変えずに、前記マグネットと同期して回転する遮蔽体と、を備えたことを特徴とするマグネトロンスパッタ装置が提供される。
また、本発明のさらに他の一態様によれば、基板を保持可能な基板保持部と、前記基板保持部に対向して設けられる板状のターゲットの被スパッタ面の反対面に対向しつつ直線移動可能に設けられ、前記被スパッタ面の近傍に電子の周回軌道を生じさせるマグネットと、前記ターゲットと前記基板との間に設けられ、前記基板側から前記ターゲットを見た平面視で前記電子の周回軌道の一部を遮蔽しつつ前記電子の周回軌道との相対位置は変えずに、前記マグネットと同期して直線移動する遮蔽体と、を備えたことを特徴とするマグネトロンスパッタ装置が提供される。
また、本発明のさらに他の一態様によれば、板状のターゲットの被スパッタ面に基板を対向させ、前記ターゲットにおける前記被スパッタ面の反対面にマグネットを対向させて前記被スパッタ面の近傍に電子の周回軌道を生じさせ、前記ターゲットと前記基板との間に、前記基板側から前記ターゲットを見た平面視で前記電子の周回軌道の一部を遮蔽する遮蔽体を設け、前記マグネットと前記遮蔽体とを、前記電子の周回軌道の中心に対して偏心した回転中心のまわりに同期させて回転させることで、前記遮蔽体を、前記電子の周回軌道の一部を遮蔽した状態のまま且つ前記電子の周回軌道に対する相対位置は変えずに回転させることを特徴とするマグネトロンスパッタ方法が提供される。
また、本発明のさらに他の一態様によれば、筒状のターゲットの外周面に基板を対向させ、前記筒状のターゲットの内周側に設けたマグネットによって前記ターゲットの外周面の近傍に電子の周回軌道を生じさせ、前記ターゲットと前記基板との間に、前記基板側から前記ターゲットの外周面を見た側面視で前記電子の周回軌道の一部を遮蔽する遮蔽体を設け、前記マグネットと前記遮蔽体とを、前記ターゲットの中心軸のまわりに同期させて回転させることで、前記遮蔽体を、前記電子の周回軌道の一部を遮蔽した状態のまま且つ前記電子の周回軌道に対する相対位置は変えずに回転させることを特徴とするマグネトロンスパッタ方法が提供される。
また、本発明のさらに他の一態様によれば、板状のターゲットの被スパッタ面に基板を対向させ、前記ターゲットにおける前記被スパッタ面の反対面にマグネットを対向させて前記被スパッタ面の近傍に電子の周回軌道を生じさせ、前記ターゲットと前記基板との間に、前記基板側から前記ターゲットを見た平面視で前記電子の周回軌道の一部を遮蔽する遮蔽体を設け、前記マグネットと前記遮蔽体とを同期させて直線移動させることで、前記遮蔽体を、前記電子の周回軌道の一部を遮蔽した状態のまま且つ前記電子の周回軌道に対する相対位置は変えずに直線移動させることを特徴とするマグネトロンスパッタ方法が提供される。
According to one aspect of the present invention, a substrate holding part capable of holding a substrate and a plate-like target provided to face the substrate holding part are provided rotatably while facing the opposite surface of the sputtering target surface. An electron orbit having a center at a position eccentric with respect to the rotation center is provided between the target and the substrate, and the target is viewed from the substrate side. A shield that rotates in synchronization with the magnet without changing a relative position to the electron orbit while shielding a part of the electron orbit in a plan view. A magnetron sputtering apparatus is provided.
According to another aspect of the present invention, a substrate holding portion capable of holding a substrate and an inner portion of the target that is rotatable around a central axis of a cylindrical target provided to face the substrate holding portion. A side view of the magnet provided between the target and the substrate, provided between the target and the substrate, and provided between the target and the substrate. And a shielding body that rotates in synchronization with the magnet without shielding a part of the orbit of the electron and changing a relative position with respect to the orbit of the electron. Provided.
According to still another aspect of the present invention, a substrate holding portion capable of holding a substrate and a straight line facing a surface opposite to a sputtering target surface of a plate-like target provided facing the substrate holding portion. A magnet that is movably provided and generates a circular orbit of electrons in the vicinity of the surface to be sputtered, and is provided between the target and the substrate, and the electron in a plan view when the target is viewed from the substrate side. There is provided a magnetron sputtering apparatus comprising: a shielding body that linearly moves in synchronization with the magnet without changing a relative position with respect to the electron orbit while shielding a part of the orbit. The
According to still another aspect of the present invention, a substrate is opposed to a surface to be sputtered of a plate-like target, and a magnet is opposed to a surface opposite to the surface to be sputtered in the target so as to be close to the surface to be sputtered. An electron orbit is generated, and a shield is provided between the target and the substrate to shield a part of the electron orbit in a plan view when the target is viewed from the substrate side. By rotating the shield in synchronization with a rotation center eccentric with respect to the center of the electron orbit, the shield remains in a state where a part of the electron orbit is shielded. In addition, a magnetron sputtering method is provided in which the electron is rotated without changing its relative position with respect to the circular orbit.
According to still another aspect of the present invention, the substrate is opposed to the outer peripheral surface of the cylindrical target, and electrons are provided near the outer peripheral surface of the target by a magnet provided on the inner peripheral side of the cylindrical target. A shield that shields a part of the orbit of the electron in a side view when the outer peripheral surface of the target is viewed from the substrate side is provided between the target and the substrate; And the shield are rotated synchronously around the center axis of the target, so that the shield remains in a state where a part of the electron orbit is shielded and is relative to the electron orbit. There is provided a magnetron sputtering method characterized by rotating without changing the position.
According to still another aspect of the present invention, a substrate is opposed to a surface to be sputtered of a plate-like target, and a magnet is opposed to a surface opposite to the surface to be sputtered in the target so as to be close to the surface to be sputtered. An electron orbit is generated, and a shield is provided between the target and the substrate to shield a part of the electron orbit in a plan view when the target is viewed from the substrate side. By moving the shield in a straight line in synchronization with the shield, the shield is moved in a straight line without blocking a part of the electron orbit and changing the relative position of the electron with respect to the orbit. A magnetron sputtering method is provided.
本発明によれば、遮蔽体を利用して容易に膜厚分布の制御が可能なマグネトロンスパッタ装置及びマグネトロンスパッタ方法が提供される。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the magnetron sputtering apparatus and the magnetron sputtering method which can control film thickness distribution easily using a shield are provided.
以下、図面を参照し、本発明の実施形態について説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[第1実施形態]
本実施形態に係るマグネトロンスパッタ装置は、ガス導入系を介して各種ガスを導入可能であり、また排気系を介して真空排気可能である処理室を有し、それらガス導入量と排気量の制御により、その処理室内を所望のガスによる所望の圧力下にすることが可能である。
[First Embodiment]
The magnetron sputtering apparatus according to the present embodiment has a processing chamber that can introduce various gases through a gas introduction system and can be evacuated through an exhaust system, and controls the amount of gas introduced and the amount of exhaust. Thus, it is possible to bring the processing chamber to a desired pressure with a desired gas.
図1(b)に示すように、処理室50内には、基板10とターゲット12とが対向配置される。図1(a)は、図1(b)において基板10側から遮蔽体14及びターゲット12を平面視した図を示す。また、図2に、マグネット13とターゲット12との平面位置関係を示す。
As shown in FIG. 1B, the
成膜対象物である基板10は、例えば、半導体ウェーハ、ディスク状記録媒体、磁気ディスク(ハードディスク)、ミラー、表示パネル、太陽電池パネルなどであり、例えば静電チャック機構を備えた基板保持部11上に保持される。
The
ターゲット12は、基板10への成膜物質を含む材料から構成され例えば円形板状に形成されている。ターゲット12は、その被スパッタ面12aが基板10の被成膜面と対向した状態で、図示しないバッキングプレートに保持される。
The
ターゲット12の被スパッタ面12aの反対面(裏面)側には、マグネット13がターゲット12の裏面に対向して設けられている。マグネット13は、図2に示すように、リング状の内側マグネット15と、その内側マグネット15を囲むように配置された同じくリング状の外側マグネット16とが、非磁性材料からなる保持部材71によって保持された構造を有する。
On the opposite surface (back surface) side of the
マグネット13はターゲット12の中心C1を回転中心に回転可能に設けられている。図2に示すように、マグネット13の平面方向の中心(重心)C2は回転中心C1に対して偏心している。したがって、図1を参照して以下に説明するように、処理室50内にプラズマが生起された状態で、マグネット13からの磁界により、被スパッタ面12aの近傍には、ターゲット12の中心(マグネット13の回転中心)C1に対して偏心した位置に中心C2を有するレーストラック状の電子の周回軌道20が生じる。
The
すなわち、マグネット13が発生する磁界によって図1(b)に示すようにターゲット12を貫く磁力線が形成され、これは内側マグネット15及び外側マグネット16の平面形状に合わせてレーストラック状の磁力線トンネルとなる。ターゲット12の被スパッタ面12aの近傍には、その被スパッタ面12aに対して略平行な磁界Bが生じ、その磁界中で電子は磁力線の周りを回転するLarmor運動をする。また、スパッタ成膜時には、ターゲット12側をカソード、基板10側をアノードとした電界が印加され、被スパッタ面12a近傍には電界Eも作用している。したがって、被スパッタ面12a近傍には互いに直交するEとBがあり、この直交するEとBの中で電子はLarmor運動を行いつつE×Bドリフト運動を行い、被スパッタ面12a近傍をレーストラック状に周回する。図1(a)に、その電子の周回軌道20を模式的に示す。
That is, a magnetic field line penetrating the
これにより、電子が被スパッタ面12a近傍で周回軌道20に拘束されるため、その周回軌道20でイオン化が促進され、被スパッタ面12a近傍における高密度プラズマ状態を持続させ、スパッタレート(成膜レート)の向上が図れる。スパッタに実質寄与する十分な密度のプラズマは電子の周回軌道20およびその近傍でのみ生じ、したがって、被スパッタ面12aにおいては電子の周回軌道(高密度プラズマ領域)20に対向する部分で構成物質がスパッタされる(叩き出される)。
As a result, the electrons are constrained by the
スパッタ成膜時、マグネット13は回転するため、これに伴い電子の周回軌道20も回転する。ここで、図1(a)を参照して前述したように、電子周回軌道20の中心C2は回転中心(ターゲット12の中心)C1に対して偏心しているため、電子周回軌道20は被スパッタ面12aにおける同じ箇所に常時対向するのではなく、電子周回軌道20の回転に伴って、被スパッタ面12aに対する高密度プラズマ領域の対向位置が刻々と変化していく。
Since the
図1(b)に示すように、ターゲット12と基板10との間には遮蔽体14が設けられている。基板10側からターゲット12を見た平面視で、図1(a)に示すように、遮蔽体14は基板10に対して電子周回軌道20の一部を遮蔽している。遮蔽体14は例えば扇状の板状に形成され、図1(a)に示す例では、ターゲット中心C1に対して電子周回軌道20の偏心方向とは反対側に広がって位置しており、その内周側の部分で電子周回軌道20における中心寄りの一部を遮蔽している。そして、電子周回軌道20の一部を遮蔽した遮蔽体14は、その状態のまま電子周回軌道20との相対位置は変えずにマグネット13と同期して、ターゲット中心C1のまわりに回転する。
As shown in FIG. 1B, a
マグネット13と遮蔽体14との同期回転を実現する構成の一例を図1(b)に示す。この具体例では、マグネット13の回転軸17がターゲット12の中心を貫通して処理室50内に延在し、その回転軸17の下端部に遮蔽体14が取り付けられている。回転軸17は処理室50の外部で図示しない回転駆動機構に連結されている。マグネット13と遮蔽体14は、互いの位置関係(周方向、径方向および上下方向の位置関係)を変えずに、同期して(一体となって)回転される。
An example of a configuration for realizing the synchronous rotation of the
あるいは、図10に示すように、遮蔽体14を、連結部材19を介して、基板保持部11の軸部11aのまわりに回転可能に設けてもよい。基板保持部11の軸部11aは、マグネット13の回転中心線上に位置している。基板保持部11は回転せず、静止しているその軸部11aのまわりに遮蔽体14が回転する。マグネット13の回転軸17はターゲット12を貫通せず、上方に延在して図示しない回転駆動機構と連結されている。遮蔽体14の連結部材は、マグネット13の回転駆動機構とは別に処理室50の外部に設けられた回転駆動機構に連結されている。この場合でも、マグネット13と遮蔽体14とは、それぞれの回転駆動機構の制御により同期して回転される。
Alternatively, as shown in FIG. 10, the
次に、本実施形態に係るマグネトロンスパッタ方法について説明する。 Next, the magnetron sputtering method according to this embodiment will be described.
処理室50内を所望のガスによる所望の圧力雰囲気にした状態で、ターゲット12側をカソード、基板10側をアノードとした放電を処理室20内に起こしてプラズマを生起し、これにより生じたイオンがターゲット12と基板10との間の電界によりターゲット12に向けて加速されてターゲット12の被スパッタ面12aに衝突することで、ターゲット材料の粒子がターゲット12からたたき出されて基板10の被成膜面に付着堆積する。このスパッタ成膜時、基板10およびターゲット12は回転せず、静止している。
In a state in which the inside of the
そして、本実施形態では、スパッタ成膜時、基板10からターゲット12を見た平面視で、遮蔽体14が電子周回軌道(高密度プラズマ領域)20の一部を遮蔽している。遮蔽体14はマグネット13との相対位置は変えずにマグネット13と同期して回転するため、遮蔽体14と電子周回軌道20との相対位置は回転中も変わらない。したがって、遮蔽体14は、回転中、電子周回軌道20における同じ部分を常に遮蔽している。
In the present embodiment, the
マグネット13(電子周回軌道20)および遮蔽体14を、図1の状態から中心C1のまわりに180°回転した状態を、図3に示す。電子周回軌道20における遮蔽体14によって遮蔽された部分が、遮蔽体14及び電子周回軌道20の同期回転に伴って回転中心C1のまわりに描く移動軌跡を図3(a)において2点鎖線で模式的に示す。
FIG. 3 shows a state where the magnet 13 (electronic orbit 20) and the
基板10とターゲット12との間における上記2点鎖線領域に対応する部分は常に遮蔽体14で遮蔽されているため、基板10において2点鎖線領域の下に位置する部分にはターゲット12から叩き出された粒子が到達し難く、その部分の成膜レートは他の部分に比べて相対的に低くなる。なお、基板10において2点鎖線領域の下に位置する部分にはまったくターゲット材粒子が飛来しないというわけではなく、2点鎖線領域以外の他の部分から斜め方向に飛来してくる粒子の到達は可能である。
Since the portion corresponding to the two-dot chain line region between the
ここで、比較例として、マグネット13すなわち電子周回軌道20のみが回転し、遮蔽体14が回転しない場合を考えると、基板10において遮蔽体14の下に位置する部分での成膜レートが低くなる。すなわち、基板10の被成膜面において遮蔽体14に対向している周方向の一部分の膜厚が局所的に薄くなり、周方向に見て膜厚分布のばらつきが生じる。
Here, as a comparative example, considering the case where only the
これに対して本実施形態では、遮蔽体14は電子周回軌道20の一部を遮蔽しつつ電子周回軌道20と同期して回転するため、前述した図3(a)における2点鎖線で示すように、ターゲット中心(回転中心)C1からある直径の部分が周方向の全周にわたって常に遮蔽された状態となる。遮蔽体14と電子周回軌道20とは、図1、3に示す相対位置関係のまま回転して周方向に移動していくため、電子周回軌道20において遮蔽体14で遮蔽されていない部分が遮蔽体14に重なることはなく、電子周回軌道20の遮蔽されていない部分の移動軌跡は全周にわたって基板10の被成膜面に対して露出された状態にある。したがって、本実施形態では、遮蔽体14の存在によって、周方向に膜厚ばらつきは生じない。
On the other hand, in the present embodiment, the
径方向については、上記2点鎖線領域と、それ以外の領域とで成膜レートのばらつきが生じるが、例えばガス分布の条件などの他の要因で、元々径方向に膜厚のばらつきが生じる傾向がある場合には、膜厚が相対的に厚くなりがちな成膜レートが高い部分に対応する電子周回軌道20の一部を遮蔽することで、結果として、成膜レートの径方向のばらつきを補正して、径方向の膜厚分布の均一化を図ることができる。
Regarding the radial direction, the film formation rate varies between the two-dot chain line region and the other regions, but the film thickness originally tends to vary in the radial direction due to other factors such as gas distribution conditions. If there is, a part of the
例えば、本実施形態を適用しない状態において基板中心付近の成膜レートが高くなりがちな場合には、図1、3に示すように、基板中心付近に対応する電子周回軌道20の一部を遮蔽することで基板中心付近の成膜レートを抑えて、結果として、径方向における膜厚分布の均一化を実現することが可能である。なお、膜厚の均一化を図る目的だけではなく、意図的に径方向で膜厚差を生じさせたい場合にも、本実施形態は適用可能である。
For example, when the deposition rate near the center of the substrate tends to be high in a state where the present embodiment is not applied, as shown in FIGS. 1 and 3, a part of the
遮蔽体14と電子周回軌道20との相対位置は変更可能であり、径方向のどの部分の成膜レートを抑えるかは、遮蔽体14によって電子周回軌道20のどの部分を遮蔽するかによって制御可能である。
The relative position between the
例えば、図4、およびその図4の状態から中心C1のまわりに遮蔽体14及び電子周回軌道20を180°回転させた図5に示すように、電子周回軌道20において、中心C1から比較的遠い外周側の部分が遮蔽されるように遮蔽体14の周方向位置を調整した場合には、基板外周側における成膜レートを比較的低く、それ以外の部分における成膜レートを比較的高くすることによる膜厚分布制御が可能となる。
For example, as shown in FIG. 4 and FIG. 5 in which the
前述したように遮蔽体14がマグネット13の回転軸17に取り付けられた構成においては、その回転軸17を中心として遮蔽体14を周方向に移動させることで、簡単に遮蔽体14と電子周回軌道20との相対位置を変えることができる。
As described above, in the configuration in which the
また、図11に示すように、複数枚(図11では例えば2枚)の遮蔽体14を回転軸17に取り付け、それら遮蔽体14を回転軸17を中心として周方向に移動させることで相互の重なり面積を調整して、結果として複数枚の遮蔽体14全体の面積を可変して、電子周回軌道20における遮蔽部の面積の調整を行える。なお、電子周回軌道20における遮蔽する部分は1箇所に限らず、同時に複数箇所を部分的に遮蔽してもよい。電子周回軌道20における遮蔽する部分の位置、数、面積などは、どのような膜厚分布を得たいかに応じて適宜設定される。
As shown in FIG. 11, a plurality of (for example, two in FIG. 11) shields 14 are attached to the
本実施形態によれば、マグネット13の設計変更、ガス分布制御などを行わずに、遮蔽体14と、電子周回軌道20すなわちマグネット13との周方向の相対位置の調整だけで容易に膜厚分布の制御を行える。また、マグネット13に対する遮蔽体14の相対位置を変更するにあたっては、例えば処理室外部からの電気的制御により遮蔽体14を回転軸17まわりに周方向移動させて、電子周回軌道20に対する周方向の位置を変えることも可能であり、その場合には、装置の停止や大気開放を必要とせずに、処理中にリアルタイムで膜厚分布の制御を行える。さらにその場合、処理中に膜厚を測定する膜厚測定機構を設け、その膜厚測定機構からの膜厚測定結果(信号)を、遮蔽体14の周方向位置を調整する機構にフィードバックさせて、処理中にリアルタイムで遮蔽体14の電子周回軌道20に対する相対位置を調整して、所望の膜厚分布に制御することも可能となる。
According to the present embodiment, the film thickness distribution can be easily achieved only by adjusting the relative position in the circumferential direction between the
[第2実施形態]
次に、図6は本発明の第2実施形態に係るマグネトロンスパッタ装置における処理室内に設けられたターゲット31、基板34および遮蔽体32の配置関係を示す模式図である。
[Second Embodiment]
Next, FIG. 6 is a schematic diagram showing the positional relationship among the
本実施形態では、ターゲット31は円筒状に形成されている。このターゲット31の外周面が被スパッタ面となる。ターゲット31の周囲には基板保持部33が配置されている。基板34はその被成膜面をターゲット31の被スパッタ面(外周面)に対向させて基板保持部33に保持される。
In the present embodiment, the
図8に示すように、円筒状のターゲット31の内側には、マグネット35と回転体36が設けられている。回転体36は、ターゲット31の中心軸Cのまわりに回転可能に設けられ、その回転体36の外周面にマグネット35が設けられている。回転体36の回転に伴って、マグネット35もターゲット31の中心軸Cのまわりに回転する。
As shown in FIG. 8, a
マグネット35の磁極は、ターゲット31の軸方向に延在し、ターゲット31の内周面に対向している。処理室内におけるターゲット31と基板34との間の放電空間にプラズマが生起された状態で、マグネット35からの磁界により、被スパッタ面であるターゲット31の外周面の近傍には、図6に示すようにターゲット31の軸方向に延在するレーストラック状の電子の周回軌道30が生じる。
The magnetic pole of the
本実施形態においても、前述した実施形態と同様、ターゲット31の被スパッタ面近傍には互いに直交する電界Eと磁界Bがあり、この直交するEとBの中で電子は、Larmor運動を行いつつE×Bドリフト運動を行い、被スパッタ面近傍の電子周回軌道30をレーストラック状に周回する。
Also in this embodiment, there are an electric field E and a magnetic field B that are orthogonal to each other in the vicinity of the surface to be sputtered of the
電子が被スパッタ面近傍で周回軌道30に拘束されるため、その周回軌道30でイオン化が促進され、被スパッタ面近傍における高密度プラズマ状態を持続させ、スパッタに実質寄与する十分な密度のプラズマは電子の周回軌道30およびその近傍でのみ生じ、よって、被スパッタ面においては電子の周回軌道(高密度プラズマ領域)30に対向する部分で構成物質がスパッタされる。
Since electrons are constrained by the
スパッタ成膜時、マグネット35はターゲット31の中心軸Cのまわりに回転するため、これに伴い電子の周回軌道30も回転する。
During sputtering film formation, the
ターゲット31の外周面(被スパッタ面)と基板34との間には遮蔽体32が設けられている。基板34側からターゲット31の外周面を見た側面視で、図6に示すように、遮蔽体32は電子周回軌道30の一部を遮蔽している。
A
遮蔽体32において、ターゲット回転方向に見た一端部(図6において左端部)はターゲット軸方向の略中央に位置している。遮蔽体32は上記一端部から他端部にかけて、ターゲット軸方向に広がるように二股状に形成され、その二股に分かれた部分によって、図6に示す例では電子周回軌道30におけるターゲット軸方向の両端部付近が遮蔽されている。
In the
遮蔽体32は、処理室の外部に設けられた回転駆動機構と連結され、電子周回軌道30の一部を遮蔽した状態のまま電子周回軌道30との相対位置は変えずにマグネット35と同期して、ターゲット中心軸Cのまわりに回転する。すなわち、マグネット35と遮蔽体32は、互いの位置関係(周方向、径方向および上下方向の位置関係)を変えずに、同期して回転される。
The
次に、本実施形態に係るマグネトロンスパッタ方法について説明する。 Next, the magnetron sputtering method according to this embodiment will be described.
処理室内を所望のガスによる所望の圧力雰囲気にした状態で、ターゲット31側をカソード、基板34側をアノードとした放電をそれら両者間に起こしてプラズマを生起し、これにより生じたイオンがターゲット31と基板34との間の電界によりターゲット31に向けて加速されてターゲット31の外周面(被スパッタ面)に衝突することで、ターゲット材料の粒子がターゲット31からたたき出されて基板34の被成膜面に付着堆積する。このスパッタ成膜時、基板34及びターゲット31は回転せず、静止している。
In a state in which the processing chamber is in a desired pressure atmosphere with a desired gas, a discharge is generated between the
そして、本実施形態では、スパッタ成膜時、遮蔽体32が電子周回軌道(高密度プラズマ領域)30の一部を遮蔽している。遮蔽体32はマグネット35との相対位置は変えずにマグネット35と同期して回転するため、遮蔽体32と電子周回軌道30との相対位置は回転中も変わらない。したがって、遮蔽体32は、回転中、電子周回軌道30における同じ部分を常に遮蔽している。
In the present embodiment, the
したがって、基板34において、上記電子周回軌道30が常に遮蔽されている部分に対向する部分にはターゲット31から叩き出された粒子が到達し難く、その部分の成膜レートは他の部分に比べて相対的に低くなる。
Accordingly, in the
例えば、他の条件等によって基板34においてターゲット軸方向の両端部側の成膜レートが高くなりがちな場合には、図6に示すように、電子周回軌道30におけるターゲット軸方向の両端部付近を遮蔽することでターゲット軸方向両端部側の成膜レートを抑えて、結果として、基板34におけるターゲット軸方向の膜厚分布の均一化を実現することが可能である。なお、膜厚の均一化を図る目的だけではなく、意図的に軸方向で膜厚差を生じさせたい場合にも、本実施形態は適用可能である。
For example, when the film formation rate on both ends in the target axis direction of the
本実施形態においても、遮蔽体32と、マグネット35すなわち電子周回軌道30との相対位置は変更可能であり、どの部分の成膜レートを抑えるかを、遮蔽体32によって電子周回軌道30のどの部分を遮蔽するかによって制御可能である。
Also in the present embodiment, the relative position between the
例えば、図7に示すように、電子周回軌道30において、ターゲット軸方向の中央付近が遮蔽されるように遮蔽体32の位置を調整した場合には、基板34におけるターゲット軸方向の中央付近の成膜レートを比較的低く、それ以外の部分の成膜レートを比較的高くすることによる膜厚分布制御が可能となる。
For example, as shown in FIG. 7, when the position of the
本実施形態においても、マグネット35の設計変更、ガス分布制御などを行わずに、遮蔽体32と、電子周回軌道30すなわちマグネット35との周方向の相対位置の調整だけで容易に膜厚分布の制御を行える。
Also in this embodiment, without changing the design of the
[第3実施形態]
次に、図9(a)は、本発明の第3実施形態に係るマグネトロンスパッタ装置におけるターゲット41とマグネット42との平面配置関係を示す模式図であり、図9(b)は、同マグネトロンスパッタ装置におけるターゲット41と電子周回軌道40と遮蔽体45との平面配置関係を示す模式図である。
[Third Embodiment]
Next, FIG. 9A is a schematic diagram showing a planar arrangement relationship between the
本実施形態では、ターゲット41は、例えば矩形の板状に形成されている。図9(b)はターゲット41の被スパッタ面41a側を示し、その被スパッタ面に対向して図示しない基板が処理室内に配置される。
In the present embodiment, the
ターゲット41における被スパッタ面41aの反対面には、図9(a)に示すように、マグネット42が対向配置されている。マグネット42は、内側マグネット43と、その内側マグネット43の周囲を囲むように配置されたリング状の外側マグネット44とが、非磁性体によって保持された構造を有する。マグネット42は、静止しているターゲット41に対して直線移動可能に設けられている。
As shown in FIG. 9A, a
処理室内におけるターゲット41と基板との間の放電空間にプラズマが生起された状態で、マグネット42からの磁界により、ターゲット41の被スパッタ面41aの近傍には、マグネット42の形状に合わせて、図9(b)に示すようなレーストラック状の電子の周回軌道40が生じる。
In the state where plasma is generated in the discharge space between the
本実施形態においても、前述した実施形態と同様、被スパッタ面41a近傍には互いに直交する電界Eと磁界Bがあり、この直交するEとBの中で電子は、Larmor運動を行いつつE×Bドリフト運動を行い、被スパッタ面41a近傍の電子周回軌道40をレーストラック状に周回する。
Also in this embodiment, there are an electric field E and a magnetic field B that are orthogonal to each other in the vicinity of the surface to be sputtered 41a, as in the above-described embodiment, and electrons in the orthogonal E and B perform the Larmor motion and E × B drift motion is performed, and the
スパッタ成膜時、マグネット42は、例えば矩形状のターゲット41の長手方向に直線移動するため、これに伴い電子周回軌道40もターゲット41の長手方向に直線移動する。
At the time of sputtering film formation, the
ターゲット41の被スパッタ面41aと基板との間には、図9(b)に示すような遮蔽体45が設けられている。基板側からターゲット41の被スパッタ面41aを見た平面視で、図9(b)に示すように、遮蔽体45は電子周回軌道40の一部を遮蔽している。
A
図9(b)に例示される遮蔽体45においては、マグネット移動方向に見た一端部(図9(b)において左端部)はターゲット短手方向の略中央に位置している。遮蔽体45は上記一端部から他端部にかけて、ターゲット短手方向に広がるように二股状に形成され、その二股に分かれた部分によって、図9(b)に示す例では電子周回軌道40におけるターゲット短手方向の両端部付近が遮蔽されている。
In the
遮蔽体45は、処理室の外部に設けられた駆動機構と連結され、電子周回軌道40の一部を遮蔽した状態のまま電子周回軌道40との相対位置は変えずにマグネット42と同期して、ターゲット長手方向に直線移動する。すなわち、マグネット42と遮蔽体45は、相対位置関係を変えずに、同期して直線移動される。
The
次に、本実施形態に係るマグネトロンスパッタ方法について説明する。 Next, the magnetron sputtering method according to this embodiment will be described.
処理室内を所望のガスによる所望の圧力雰囲気にした状態で、ターゲット41側をカソード、基板側をアノードとした放電をそれら両者間に起こしてプラズマを生起し、これにより生じたイオンがターゲット41と基板との間の電界によりターゲット41に向けて加速されてターゲット41の被スパッタ面41aに衝突することで、ターゲット材料の粒子がターゲット41からたたき出されて基板の被成膜面に付着堆積する。このスパッタ成膜時、基板及びターゲット41は静止している。
In a state in which the processing chamber is in a desired pressure atmosphere with a desired gas, a discharge is generated between the
そして、本実施形態では、スパッタ成膜時、遮蔽体45が電子周回軌道(高密度プラズマ領域)40の一部を遮蔽している。遮蔽体45はマグネット42との相対位置は変えずにマグネット42と同期して直線移動するため、遮蔽体45と電子周回軌道40との相対位置は移動中も変わらない。したがって、遮蔽体45は、移動中、電子周回軌道40における同じ部分を常に遮蔽している。
In the present embodiment, the
したがって、基板において、上記電子周回軌道40が常に遮蔽されている部分に対向する部分にはターゲット41から叩き出された粒子が到達し難く、その部分の成膜レートは他の部分に比べて相対的に低くなる。
Therefore, in the substrate, the particles struck from the
例えば、他の条件等によって基板においてターゲット短手方向の両端部側の成膜レートが高くなりがちな場合には、図9(b)に示すように、電子周回軌道40におけるターゲット短手方向の両端部付近を遮蔽することでターゲット短手方向両端部側の成膜レートを抑えて、結果として、基板におけるターゲット短手方向の膜厚分布の均一化を実現することが可能である。なお、膜厚の均一化を図る目的だけではなく、意図的に径方向で膜厚差を生じさせたい場合にも、本実施形態は適用可能である。 For example, when the film formation rate on both ends in the target short direction tends to be high on the substrate due to other conditions or the like, as shown in FIG. By shielding the vicinity of both ends, it is possible to suppress the film formation rate on both ends in the target short direction, and as a result, it is possible to achieve a uniform film thickness distribution in the target short direction on the substrate. Note that this embodiment can be applied not only for the purpose of making the film thickness uniform, but also for intentionally causing a film thickness difference in the radial direction.
本実施形態においても、遮蔽体45と、マグネット42すなわち電子周回軌道40との相対位置は変更可能であり、どの部分の成膜レートを抑えるかを、遮蔽体45によって電子周回軌道40のどの部分を遮蔽するかによって制御可能である。
Also in this embodiment, the relative position between the
本実施形態においても、マグネット42の設計変更、ガス分布制御などを行わずに、遮蔽体45と、電子周回軌道40すなわちマグネット42との相対位置の調整だけで容易に膜厚分布の制御を行える。
Also in the present embodiment, the film thickness distribution can be easily controlled only by adjusting the relative position between the
以上、具体例を参照しつつ本発明の実施形態について説明した。しかし、本発明は、それらに限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づいて種々の変形が可能である。 The embodiments of the present invention have been described above with reference to specific examples. However, the present invention is not limited to them, and various modifications can be made based on the technical idea of the present invention.
電子周回軌道の形状は、前述した実施形態のようにレーストラック状あるいは楕円状に限らず、マグネットの平面形状に応じて種々の形状が取り得る。また、遮蔽体の形状も、任意に選択可能である。 The shape of the electronic orbit is not limited to a racetrack shape or an ellipse shape as in the above-described embodiment, but can take various shapes depending on the planar shape of the magnet. Also, the shape of the shield can be arbitrarily selected.
10,34…基板、11,33…基板保持部、12,31,41…ターゲット、12a…被スパッタ面、13,35,42…マグネット、14,32,45…遮蔽体、20,30,40…電子の周回軌道、50…処理室
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記基板保持部に対向して設けられる板状のターゲットの被スパッタ面の反対面に対向しつつ回転可能に設けられ、その回転中心に対して偏心した位置に中心を有する電子の周回軌道を前記被スパッタ面の近傍に生じさせるマグネットと、
前記ターゲットと前記基板との間に設けられ、前記基板側から前記ターゲットを見た平面視で前記電子の周回軌道の一部を遮蔽しつつ前記電子の周回軌道との相対位置は変えずに、前記マグネットと同期して回転する遮蔽体と、
を備えたことを特徴とするマグネトロンスパッタ装置。 A substrate holding unit capable of holding a substrate;
The circular orbit of electrons having a center at a position deviated from the center of rotation provided rotatably while facing the surface opposite to the surface to be sputtered of the plate-like target provided facing the substrate holding portion. A magnet generated near the surface to be sputtered,
Without changing the relative position of the electron orbit while shielding a part of the electron orbit in a plan view of the target from the substrate side provided between the target and the substrate, A shield that rotates in synchronization with the magnet;
A magnetron sputtering apparatus comprising:
前記基板保持部に対向して設けられる筒状のターゲットの中心軸のまわりに回転可能に前記ターゲットの内周側に設けられ、前記ターゲットの外周面の近傍に電子の周回軌道を生じさせるマグネットと、
前記ターゲットと前記基板との間に設けられ、前記基板側から前記ターゲットの外周面を見た側面視で前記電子の周回軌道の一部を遮蔽しつつ前記電子の周回との相対位置は変えずに、前記マグネットと同期して回転する遮蔽体と、
を備えたことを特徴とするマグネトロンスパッタ装置。 A substrate holding unit capable of holding a substrate;
A magnet that is provided on the inner peripheral side of the target so as to be rotatable around a central axis of a cylindrical target provided to face the substrate holding unit, and that generates an electron orbit near the outer peripheral surface of the target; ,
It is provided between the target and the substrate, and does not change the relative position with respect to the electron circulation while shielding a part of the electron orbit in a side view when the outer peripheral surface of the target is viewed from the substrate side. And a shield that rotates in synchronization with the magnet;
A magnetron sputtering apparatus comprising:
前記基板保持部に対向して設けられる板状のターゲットの被スパッタ面の反対面に対向しつつ直線移動可能に設けられ、前記被スパッタ面の近傍に電子の周回軌道を生じさせるマグネットと、
前記ターゲットと前記基板との間に設けられ、前記基板側から前記ターゲットを見た平面視で前記電子の周回軌道の一部を遮蔽しつつ前記電子の周回軌道との相対位置は変えずに、前記マグネットと同期して直線移動する遮蔽体と、
を備えたことを特徴とするマグネトロンスパッタ装置。 A substrate holding unit capable of holding a substrate;
A magnet that is provided so as to be linearly movable while facing the surface opposite to the surface to be sputtered of the plate-like target provided facing the substrate holding unit, and that generates an electron orbit in the vicinity of the surface to be sputtered;
Without changing the relative position of the electron orbit while shielding a part of the electron orbit in a plan view of the target from the substrate side provided between the target and the substrate, A shield that moves linearly in synchronization with the magnet;
A magnetron sputtering apparatus comprising:
前記電子の周回軌道における前記遮蔽体によって遮蔽される箇所及び面積の少なくとも一方を変更可能であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1つに記載のマグネトロンスパッタ装置。 The shield is provided so as to be able to change a relative position with the orbit of the electrons,
The magnetron sputtering apparatus according to any one of claims 1 to 3, wherein at least one of a location and an area shielded by the shield in the electron orbit is changeable.
前記ターゲットにおける前記被スパッタ面の反対面にマグネットを対向させて前記被スパッタ面の近傍に電子の周回軌道を生じさせ、
前記ターゲットと前記基板との間に、前記基板側から前記ターゲットを見た平面視で前記電子の周回軌道の一部を遮蔽する遮蔽体を設け、
前記マグネットと前記遮蔽体とを、前記電子の周回軌道の中心に対して偏心した回転中心のまわりに同期させて回転させることで、前記遮蔽体を、前記電子の周回軌道の一部を遮蔽した状態のまま且つ前記電子の周回軌道に対する相対位置は変えずに回転させることを特徴とするマグネトロンスパッタ方法。 The substrate is opposed to the surface to be sputtered of the plate target,
A magnet is made to face the surface opposite to the surface to be sputtered in the target to generate an electron orbit in the vicinity of the surface to be sputtered,
Provided between the target and the substrate, a shield that shields a part of the orbit of the electrons in a plan view when the target is viewed from the substrate side;
The shield is shielded from a part of the electron orbit by rotating the magnet and the shield synchronously around a rotation center that is eccentric with respect to the center of the electron orbit. A magnetron sputtering method, wherein the magnetron sputtering method is carried out while maintaining the state and without changing the relative position of the electron with respect to the orbit.
前記筒状のターゲットの内周側に設けたマグネットによって前記ターゲットの外周面の近傍に電子の周回軌道を生じさせ、
前記ターゲットと前記基板との間に、前記基板側から前記ターゲットの外周面を見た側面視で前記電子の周回軌道の一部を遮蔽する遮蔽体を設け、
前記マグネットと前記遮蔽体とを、前記ターゲットの中心軸のまわりに同期させて回転させることで、前記遮蔽体を、前記電子の周回軌道の一部を遮蔽した状態のまま且つ前記電子の周回軌道に対する相対位置は変えずに回転させることを特徴とするマグネトロンスパッタ方法。 The substrate is opposed to the outer peripheral surface of the cylindrical target,
An electron orbit is generated in the vicinity of the outer peripheral surface of the target by a magnet provided on the inner peripheral side of the cylindrical target,
Provided between the target and the substrate is a shield that shields a part of the orbit of the electrons in a side view of the outer peripheral surface of the target viewed from the substrate side,
By rotating the magnet and the shield synchronously around the center axis of the target, the shield remains in a state where a part of the electron orbit is shielded, and the electron orbit A magnetron sputtering method characterized by rotating without changing the relative position with respect to.
前記ターゲットにおける前記被スパッタ面の反対面にマグネットを対向させて前記被スパッタ面の近傍に電子の周回軌道を生じさせ、
前記ターゲットと前記基板との間に、前記基板側から前記ターゲットを見た平面視で前記電子の周回軌道の一部を遮蔽する遮蔽体を設け、
前記マグネットと前記遮蔽体とを同期させて直線移動させることで、前記遮蔽体を、前記電子の周回軌道の一部を遮蔽した状態のまま且つ前記電子の周回軌道に対する相対位置は変えずに直線移動させることを特徴とするマグネトロンスパッタ方法。 The substrate is opposed to the surface to be sputtered of the plate target,
A magnet is made to face the surface opposite to the surface to be sputtered in the target to generate an electron orbit in the vicinity of the surface to be sputtered,
Provided between the target and the substrate, a shield that shields a part of the orbit of the electrons in a plan view when the target is viewed from the substrate side;
By linearly moving the magnet and the shield in a straight line, the shield remains in a state in which a part of the electron orbit is shielded, and the straight line is not changed relative to the electron orbit. A magnetron sputtering method, characterized by being moved.
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